再生沥青微观结构对流变性能的影响

为揭示再生沥青的再生机理及效果,基于灰熵关联分析法,结合傅里叶变换红外光谱(FTIR)、电镜扫描(SEM)和动态剪切流变(DSR)测试,探讨了老化与再生沥青流变特性参数和特征官能团含量的变化情况及关联程度,并对其微观形貌进行表征对比.研究结果表明:沥青老化后,FTIR谱图中C=O基团与S=O基团指数明显增大,芳香分和非对称脂肪族化物指数含量减少;添加再生剂后,再生沥青的特征官能团含量变化与老化沥青呈相反趋势;复数模量降低,相位角升高;温度是影响沥青抗车辙性能和抗疲劳性的重要因素,抗车辙因子和疲劳因子均随温度的升高呈现幂指数衰减形式.沥青老化后微观特征由光滑形貌向密集褶皱转变,加入再生剂后基本恢复至光滑形貌.基于灰熵关联分析得出:再生沥青化学组分变化对高温流变特性参数影响程度,由大到小的排序依次为羰基、亚砜基、芳香族化合物、非对称脂肪族化合物.     

基于原子力显微镜的沥青再生机理

沥青的老化严重影响了沥青混合料在实际应用中的耐久性,为了研究沥青的老化和再生机理,将基质沥青进行SHRP(strategic highway research program)老化,利用原子力显微镜(atomic force microscope, AFM)和动态剪切流变仪(dynamic shear rheometer, DSR)技术研究不同掺量的基质沥青和再生剂对老化沥青的再生效果。结果表明:基质沥青和再生剂均能对老化沥青产生再生效果,且随着它们掺量的增大,再生效果变好;老化沥青表面微观结构粗糙不均匀,基质沥青和再生剂的加入有效改善其表面微观形貌,降低其黏附力和粗糙度指标,同时使老化沥青相位角增大、复数剪切模量和抗车辙因子减小;温度的升高有助于再生剂在老化沥青中的扩散。可见再生剂的主要再生机理是增加并扩散老化沥青中缺失的组分。     

再生剂在老化沥青中扩散行为的多尺度研究

【目的】深入了解再生剂在老化沥青中的扩散行为及影响因素。【方法】以紫外老化和热氧老化沥青为研究对象,通过动态剪切流变(dynamic shear rheological,DSR)试验研究了再生剂在老化沥青中的扩散规律,从而得到表征扩散程度的相对指标——复数模量恢复率,并分析了老化方式、扩散温度、扩散时间对扩散程度的影响。在微观层面通过原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)和傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)及热重(thermogravimetric,TG)试验对再生剂-老化沥青扩散体系进行测试,并对宏微观指标进行皮尔逊相关性分析。【结果】DSR试验结果表明,再生剂在老化沥青中存在扩散梯度;在相同的扩散条件下,再生剂在紫外老化沥青中的扩散程度比在热氧老化沥青中的大;扩散温度越高,扩散时间越长,再生剂的扩散现象越明显。微观试验结果表明,随着扩散进程的持续,再生剂对老化沥青黏弹性能有较好的恢复,使老化沥青内部的轻质组分得到补充,从而恢复沥青性能。皮尔逊相关性分析结果表明,宏微观指标具有...     

再生剂对回收沥青胶浆化学组分及流变特性参数的影响

目的研究沥青路面回收沥青胶浆再生前后的化学组分及流变特性参数变化规律,为沥青路面再生技术推广提供基础理论与技术支撑.方法采用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和动态剪切流变仪(DSR)进行温度扫描,测试回收沥青胶浆及不同再生剂掺量再生沥青胶浆的化学组分、流变特性参数.结果随着再生剂掺量的增加,回收沥青胶浆IB脂肪族官能团指数逐渐增大,而I_(C=O)羰基指数和I_(S=O)亚砜基官能团指数逐渐降低;加入再生剂后回收沥青胶浆的复数剪切模量、车辙因子和疲劳因子具有一定程度的降低,而相位角则具有一定程度的增加.结论随着再生剂掺量的增加,回收沥青胶浆化学组分发生变化使得回收沥青胶浆路用性能得到显著改善.     

蓖麻基生物油对不同老化程度沥青的再生作用

为探究蓖麻基生物油对不同老化程度沥青的再生作用,首先,制备了TFOT 2.5 h(T2.5)、TFOT 5.0 h(T5.0)和PAV 20 h(P20)这3种老化沥青,以针入度恢复至未老化水平为依据,确定了不同老化沥青再生所需的生物油最佳掺量;然后,分析了老化及再生沥青的基本路用性能与流变特性;最后,借助傅里叶变换红外光谱(FTIR)与原子力显微镜(AFM),分析老化及再生沥青的特征官能团及微观结构特性,阐述了蓖麻基生物油对老化沥青的再生机理。研究结果表明：3种老化沥青针入度和软化点指标均可恢复至未老化水平,但延度偏小且黏度、活化能偏大;在流变特性方面,与未老化沥青相比,在保证高温性能的前提下,生物油再生沥青具有较低的蠕变劲度S和较高的蠕变速率m;其中,P20老化沥青经生物油再生后,低温等级降至PG-28,表现出良好的低温柔韧性;生物油对老化沥青疲劳性能同样具有较强的再生及恢复能力,其中,P20经生物油再生后的疲劳寿命已显著大于未老化沥青的疲劳寿命。生物油中的脂肪酸含有大量羰基,因此,FTIR羰基指数无法用于评价生物油对老化沥青的再生作用;生物油富含的轻质组分会有效溶解和稀释沥青中的...     

萃取法生物油基再生沥青性能及再生机理

为了研究萃取法生物油作为再生剂的可行性,采用自行研制的萃取法生物油基再生剂(SW)分别制备生物油基再生基质沥青和生物油基再生SBS改性沥青。通过常规性能试验、动态剪切流变和弯曲梁流变对2种再生沥青的性能进行评价,采用傅里叶红外光谱、凝胶渗透色谱分析2种沥青的再生机理。研究结果表明：添加掺量(质量分数)为8%、10%的SW再生剂均可将老化基质沥青和老化SBS改性沥青的三大指标和黏度恢复至原样沥青水平;在SW再生剂的作用下,老化基质沥青和老化SBS改性沥青的高温稳定性显著下降,低温抗裂性显著提升,且均能恢复至原样沥青水平;SW再生剂在老化沥青中主要以物理共混形式存在,但仍存在苯酚与甲醛缩聚和烯烃类物质氧化裂解等化学反应;SW再生剂富含大量轻质组分,对老化沥青具有显著的稀释作用;其所含的酚基化合物可促使老化沥青中的高分子量组分转化为小分子量组分,从而导致大分子物质和中分子物质质量分数降低,小分子物质质量分数增加,分散性指数减小,进而改善老化沥青组分的相容性和分子量分布。     

渗透型再生剂对再生沥青性能影响的实验分析

为改性老化沥青,恢复老化沥青的路用性能,综合相容性和胶体调和原理,用回收食用油和扩散剂制备渗透型再生剂,对比分析普通型再生剂与渗透型再生剂用量对再生沥青粘滞性和低温性能的影响,并采用动态剪切流变试验测定再生沥青的车辙因子。结果表明,随着再生剂掺量的增加,再生沥青的针入度和延度呈近似的线性增大,软化点、动力粘度和低温蠕变劲度则降低;相比于普通型再生剂,渗透型再生剂的再生效果更好,当渗透型再生剂的用量为6%时,再生沥青的以上性能均可恢复至基质沥青的指标水平,且再生沥青具有合适的车辙因子以满足高温稳定性的要求。     

不同热氧老化强度对沥青及其再生性能的影响

为了探究热氧老化强度对沥青性能的影响,对沥青进行了不同次数的旋转薄膜烘箱老化实验(RTFOT)和不同次数RTFOT+压力老化箱老化(PAV)实验,分别测试了老化前后沥青样品的常规物理性能和动态剪切流变性能.为了使不同热氧老化强度下的沥青性能能够恢复到基质沥青水平,采用了黏度调和法来确定再生剂掺量.实验结果表明:不同热氧老化强度下的沥青其物理性能存在较大的差异;动态剪切流变实验发现,达到一定老化强度后沥青复数模量的增量明显减少,且最终沥青复数模量趋近于一个稳定值.通过物理性能和流变性能均能发现:对于长炼70#沥青,3次RTFOT的老化强度与1次RTFOT+PAV的老化强度相当.通过黏度调和法选取再生剂掺量时,发现各老化再生沥青的沥青复数模量均能恢复到基质沥青的水平,针入度略低于基质沥青,延度都有明显的提高,且软化点都高于基质沥青;同时,中低温下相位角能恢复到基质沥青的水平,但高温下却无法恢复到原基质沥青的水平.     

紫外老化对废食用植物油再生沥青性能的影响

目的研究紫外老化对70#和SBS两种废食用植物油再生沥青性能的影响,为沥青路面再生技术的实际工程提供指导性建议.方法利用动态剪切流变仪(Dynamic Shear Rheological test,DSR)的温度扫描和频率扫描以及弯曲梁流变仪(Bending Beam Rheometer,BBR)分别测试了不同紫外老化时间后废食用植物油再生沥青的抗疲劳性能、弹性恢复性能和低温性能.结果随着紫外老化时间的延长,两种再生沥青抗疲劳性能和弹性恢复能力逐渐下降,但对其低温性能的影响不明显.结论相对于SBS再生沥青,紫外老化对70#再生沥青的抗疲劳性能、弹性恢复性能和低温性能的影响更为显著.     

不同老化沥青掺量下的温拌再生沥青性能研究

目的研究在不同温拌剂、不同老化沥青掺量下的温拌再生沥青性能,分析温拌剂和老化沥青对温拌再生沥青的性能影响.方法对不同温拌再生沥青的旋转黏度、动态剪切流变试验的高温性能及抗疲劳性能、弯曲梁流变试验的低温性能进行分析.结果随老化沥青掺量的增加,沥青的旋转黏度、车辙因子及疲劳因子升高,低温蠕变速率下降;降黏型温拌再生沥青A与普通再生沥青相比,黏度下降20%~30%,高温性能和抗车辙能力降低,其抗疲劳性能和低温性能均有不同程度的提高;表面活性型温拌再生沥青B与普通再生沥青相比,其黏度、高温性能和抗车辙能力基本不变,抗疲劳性能和低温性能略有提高.结论老化沥青提高温拌再生沥青施工温度和高温性能,降低其抗疲劳和低温性能.不同温拌剂对再生沥青的性能影响不同,应根据实际需要选择相应温拌剂.     

废旧沥青的再生研究

通过对老化沥青组分的分析,提出了研制沥青再生剂的基本思路。使用自制再生剂对老化沥青进行再生,利用核磁共振和红外光谱的方法分析了再生沥青的组分,并考察了再生沥青的基本性能。结果表明,自制再生剂能有效改善旧沥青性能,再生沥青的饱和分和胶质含量上升了,针入度、软化点、延度可以恢复到新沥青的水平。     

“再生-改性”沥青性能研究

目的研究在再生剂和不同掺量改性剂作用下取得的"再生-改性"沥青的性能,为沥青路面再生-改性技术提供试验和理论依据.方法采用两种再生方案对老化沥青进行再生处理,对再生后的沥青进行针入度、软化点、延度、布氏黏度、动态剪切流变和弯曲梁流变等系列试验.结果采用添加再生剂方案再生的沥青其针入度、软化点、延度、车辙因子、临界温度、主曲线、劲度模量和蠕变速率与原样沥青非常接近;采用再生剂加改性剂的再生-改性方案可显著提升沥青的高温抗车辙和低温抗开裂的能力,且随着改性剂掺量的增加"再生-改性"沥青的高低温性能均逐渐增强.结论采用单一添加再生剂的普通再生方案可恢复沥青的高低温性能,采用再生-改性方案再生后沥青的高低温性能均显著优于原样沥青和普通再生沥青.     

煤基再生材料对老化沥青流变性能的影响

以煤沥青和洗油为主要原料调制了一种新型沥青再生材料,并研究其对老化沥青的再生效果。实验结果表明,加入质量分数8%的再生材料可有效恢复老化沥青的针入度、软化点和族组成,延度可恢复至45.8cm;考察了不同再生材料添加量对沥青流变性能的影响,结果表明加入w=8%的再生材料可使老化沥青的黏弹性恢复50%,黏流性基本未变;通过与石油基再生材料进行对比,发现石油基再生材料对老化沥青的抗断裂能力恢复效果更好,而煤基再生材料在再生时不损失沥青的抗变形能力。     

基于材料复合理论的老化沥青再生规律

通过复合材料的性能模型及相关沥青组分调合模型的研究,从理论上说明了再生沥青材料性能的可设计性及其材料复合效应.以老化沥青和新沥青及再生剂为基质组分,设计复合再生试验,通过常规物理指标、SHRP指标和感温指标分析新沥青、再生剂对老化沥青的复合再生规律,并推导了再生沥青的复合性能模型.试验结果表明:再生沥青与新沥青掺量在针入度、软化点、高温车辙因子、低温劲度模量及针入度指数指标方面具有良好的对数线性或线性复合关系;再生剂与旧沥青的复合针入度符合Grunberg方程,且再生剂对老化沥青的再生规律与新沥青对老化沥青的再生规律基本相同;尽管在低温延度方面,新沥青及再生剂与旧沥青的复合规律均较差,但再生剂对旧沥青延度及其他性能的改善远优于新沥青.     

基于黏弹特性的SBS改性沥青多次再生效果评价

采用动态力学分析方法(DMA法)对SBS改性沥青多次再生前后的黏弹特性进行研究,通过比较复数剪切模量、相位角、车辙因子、弹性恢复率和不可恢复的蠕变柔量等参数评价SBS改性沥青独特黏弹特性的保留程度与再生效果,并采用荧光显微镜对老化与再生过程进行观测.结果表明:随着老化与再生次数的增多,再生剂对SBS改性沥青黏弹性能的再生效果越来越差,SBS改性沥青独特黏弹特性逐渐丧失;多次再生后沥青对应力水平的敏感性增强,弹性恢复能力变差,越来越接近硬质沥青,难以满足适用于SBS改性沥青的MSCR分级标准;老化过程中SBS逐渐发生聚合、相容性变差,再生剂只能补充老化过程中沥青组分的迁移造成的轻质组分的减少,但不能重新分散SBS改性剂、不能改善SBS与沥青的相容性;SBS改性沥青3次及以上再生时,如果只采用再生剂再生,可考虑将之作为硬质沥青进行应用,如果不降低改性沥青路面的路用性能,新添加的改性沥青应添补旧沥青丧失的SBS黏弹特性,针对性定制新的改性沥青将成为技术途径.     

废机油再生SBS改性沥青性能及再生机理

为研究废机油对老化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(styrene-butadiene-styrene, SBS)改性沥青的再生效果及再生机理。采用沥青加速老化试验模拟长期老化过程制备老化SBS改性沥青,分别添加不同含量的废机油制备再生沥青,并结合沥青物理性能、流变性能试验评价再生SBS改性沥青性能。在此基础上,采用红外光谱试验、四组分分析试验、荧光显微分析试验探究废机油再生SBS改性沥青机理。研究结果表明：老化后SBS改性沥青针入度与延度降低,软化点与粘度增加,废机油的掺入将会增加老化SBS改性沥青针入度与延度,降低软化点与粘度,且与废机油掺量呈正比;废机油的使用将会降低再生SBS改性沥青的高温流变性能,提高再生SBS改性沥青的疲劳寿命;废机油能够降低老化SBS改性沥青劲度模量,对蠕变速率指标影响不显著;SBS改性沥青在老化过程中SBS发生破坏,沥青中的羰基与亚砜基含量增加,而废机油的掺入将会降低老化沥青中羰基与亚砜基含量,属于物理再生过程;SBS改性沥青老化后,饱和分、芳香分含量减少,胶质、沥青质含量增加,而废机油掺入后影响则反之;废机油的掺加将会使断裂的SBS分子部分溶胀,恢复沥青性能。     

老化沥青再生性能的预估分析

依托深圳市笋岗路大修工程的沥青路面热再生工程,建立了预估再生沥青性能的复合律方程;应用90#沥青、70#沥青和再生剂对老化沥青进行了再生试验,测定了再生沥青的粘度、针入度和软化点;进行了不同再生方法的复合律方程验证,并对不同再生方法的再生效果进行了比较.研究结果表明:再生沥青的针入度、软化点和粘度指标的再生规律很强,用复合律方程去预估再生沥青的性能是可靠的;再生沥青的针入度对数与沥青(或再生剂)的掺量成正比,再生沥青的粘度对数和软化点与沥青(或再生剂)掺量成反比,这些指标都可以根据复合律方程进行内插或一定程度的外延推算,用于确定再生沥青混合料的配合比设计用量;再生剂比新沥青有更好的再生效果,高标号沥青比低标号沥青有更好的恢复能力.     

生物质重油再生沥青流变性能研究

针对老化沥青的再生利用问题,通过生物质重油与老化沥青掺配的方法,实现老化沥青的再生利用,通过进行布氏粘度试验和高低温流变试验分析研究了老化前后及不同掺配比下生物质重油再生沥青的流变性能。试验结果显示:随着生物质重油的掺入,再生沥青的粘度和复数模量有明显的增幅,高温稳定性能显著提高,相反,低温抗开裂性能降低。随着掺配比的变大,粘度及复数模量呈下降趋势,低温抗开裂性能有明显提升,表明生物质重油对再生沥青有显著的再生效果。     

废旧沥青混合料再生机理研究

本文较系统地研究分析沥青老化的机理、沥青再生的可行性,提出沥青再生的基本思路,采用再生剂对老化沥青进行再生,考察再生沥青的基本性能以及再生沥青与新沥青混合后的性能;试验证明,再生剂能有效改善旧沥青性能,再生沥青与新沥青按适当比例混溶后,从沥青三大指标来衡量,其路用性能可以恢复到使用之初水平.     

就地热再生高温加热对不同深度老化沥青流变性能的影响

为了研究就地热再生施工时高温加热(大于200℃)对不同深度老化沥青流变性能的影响,采用红外热像仪测量各个加热阶段的路表温度,分别采用动态剪切流变仪(DSR)、弯曲梁流变仪(BBR)试验测试高温加热后不同深度老化沥青的高低温流变性能。结果表明:加热后的路表温度高达240℃,同一横截面上存在温度离析;高温加热主要使上面层表面2 cm沥青(RS2)发生二次老化,加热后不同深度沥青老化梯度增大;高温加热后RS2的温度敏感性增加,高温性能增强,低温性能衰减较快。结论可为优化就地热再生老化沥青胶结料性能评价提供理论参考。